El reactor de fusión nuclear de Corea alcanza los 100 millones de °C durante 30 segundos

Un experimento sostenido y estable es la última demostración de que la fusión nuclear está pasando de ser un problema de física a uno de ingeniería.

Física


7 septiembre 2022

Reactor de fusión

El experimento de investigación avanzada Tokamak superconductor de Corea

Instituto Coreano de Energía de Fusión

Una reacción de fusión nuclear ha durado 30 segundos a temperaturas superiores a los 100 millones de °C. Si bien la duración y la temperatura por sí solas no son récords, el logro simultáneo de calor y estabilidad nos acerca un paso más a un reactor de fusión viable, siempre que la técnica utilizada se pueda ampliar.

La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la energía de fusión viable aún está a décadas de distancia, pero los avances incrementales en la comprensión y los resultados siguen llegando. Un experimento realizado en 2021 creó una reacción lo suficientemente energética como para ser autosostenible, se están elaborando diseños conceptuales para un reactor comercial, mientras continúa el trabajo en el gran reactor de fusión experimental ITER en Francia.

Ahora Yong-Su Na en la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur y sus colegas lograron ejecutar una reacción a las temperaturas extremadamente altas que se requerirán para un reactor viable y mantener estable el estado caliente e ionizado de la materia que se crea dentro del dispositivo durante 30 segundos.

Controlar este llamado plasma es vital. Si toca las paredes del reactor, se enfría rápidamente, sofocando la reacción y causando un daño significativo a la cámara que lo contiene. Los investigadores normalmente usan varias formas de campos magnéticos para contener el plasma; algunos usan una barrera de transporte de borde (ETB), que esculpe el plasma con un corte brusco en la presión cerca de la pared del reactor, un estado que detiene el escape de calor y plasma. Otros usan una barrera de transporte interna (ITB) que crea una presión más alta cerca del centro del plasma. Pero ambos pueden crear inestabilidad.

El equipo de Na utilizó una técnica ITB modificada en el dispositivo de investigación avanzada Tokamak superconductor de Corea (KSTAR), logrando una densidad de plasma mucho más baja. Su enfoque parece aumentar las temperaturas en el centro del plasma y bajarlas en el borde, lo que probablemente extenderá la vida útil de los componentes del reactor.

Dominic Power, del Imperial College de Londres, dice que para aumentar la energía producida por un reactor, se puede calentar mucho el plasma, hacerlo muy denso o aumentar el tiempo de confinamiento.

“Este equipo está descubriendo que el confinamiento de densidad es en realidad un poco más bajo que los modos de operación tradicionales, lo que no es necesariamente algo malo, porque se compensa con temperaturas más altas en el núcleo”, dice. “Definitivamente es emocionante, pero existe una gran incertidumbre sobre qué tan bien se adapta nuestra comprensión de la física a dispositivos más grandes. Así que algo como ITER va a ser mucho más grande que KSTAR”.

Na dice que la baja densidad era clave, y que los iones “rápidos” o más energéticos en el núcleo del plasma, la llamada mejora regulada por iones rápidos (FIRE), son parte integral de la estabilidad. Pero el equipo aún no comprende completamente los mecanismos involucrados.

La reacción se detuvo después de 30 segundos solo debido a limitaciones con el hardware, y en el futuro deberían ser posibles períodos más largos. KSTAR ahora se ha cerrado por actualizaciones, con los componentes de carbono en la pared del reactor siendo reemplazados con tungsteno, lo que, según Na, mejorará la reproducibilidad de los experimentos.

lee margetts en la Universidad de Manchester, Reino Unido, dice que la física de los reactores de fusión se está comprendiendo bien, pero que hay obstáculos técnicos que superar antes de que se pueda construir una planta de energía en funcionamiento. Parte de eso será desarrollar métodos para extraer calor del reactor y usarlo para generar corriente eléctrica.

“No es física, es ingeniería”, dice. “Si solo piensa en esto desde el punto de vista de una central eléctrica a gas o carbón, si no tuviera nada para quitar el calor, entonces las personas que lo operan dirían ‘tenemos que cambiar apagarlo porque hace demasiado calor y derretirá la central eléctrica’, y esa es exactamente la situación aquí”.

brian appelbe en el Imperial College London está de acuerdo en que los desafíos científicos que quedan en la investigación de la fusión deberían ser alcanzables, y que FIRE es un paso adelante, pero que la comercialización será difícil.

“El enfoque de fusión por confinamiento magnético tiene una historia bastante larga de evolución para resolver el siguiente problema al que se enfrenta”, dice. “Pero lo que me pone un poco nervioso, o inseguro, son los desafíos de ingeniería de construir una planta de energía económica basada en esto”.

Referencia de la revista: Naturaleza, DOI: 10.1038/s41586-022-05008-1

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